組構

組構是指 岩石中的各個組分以及組分之間的邊界在空間的相互排列方式。可用於描述岩石中幾何性和物理性組構要素的內部幾何組態。

基本介紹

• 中文名：組構
• 外文名：fabric 
• 所屬學科：：地質學
• 引入人：：B.桑德爾
• 引入時間：：1902年
• 簡意：：描述岩石中內部幾何組態。

簡介

1902年B.桑德爾將“組構”術語引入地質學中，用於描述岩石中幾何性和物理性組構要素的內部幾何組態。

組構

岩組學中，組構一詞泛指岩石的組成要素，包括組成岩石的礦物及其晶格的質點、鮞粒、礦物的集合體（如礫石）等，以及各種類型的線理、面理，也包括岩石的物理性質。在某一特定域內，岩石的組分在統計上遍及整個岩石體，其排列方式形成某種組構。在這種意義上，岩石的組成要素又稱組構要素。所有的組構要素在某一規模上可以視為構造不連續面和不連續線。組構要素有兩種類型：結晶學組構要素（礦物的晶面、晶棱、光率體主軸）和非結晶學組構要素（集合體中可見的構造不連續面和不連續線）。因此，組構是指面和線在三度空間的無限排列。組構分為幾何組構和由幾何組構所控制的物理組構。在統計上，組構具有類似於單晶體晶格構造的幾何性質、對稱性、無限延伸性、透入性以及統計均勻性。由所有組構要素的空間排列而成的組構稱為全組構。由一種組構要素而顯示的組構稱為亞組構。在特定的岩石中，亞組構能代表該岩石的組構特徵。

幾何組成

在岩組學中，引用單晶體點陣對稱性來描述和劃分組構的幾何特徵。組構的對稱性取決於亞組構的對稱性和組構要素自身的對稱性。在岩石亞組構中出現下列 5種對稱型（見上圖）:

①球對稱：由組構要素的隨機定向而形成的對稱性，類似於球體所具有的對稱要素,為均質亞組構（圖a）。

②軸對稱：具有圓柱體或旋轉橢球體所具有的對稱要素：一個無限次的對稱軸，並是無限多個對稱面的交線，與其垂直的面也是一個對稱面。在垂直於這個無限次對稱軸的各個方向上，亞組構相同（圖b）。

③斜方對稱：具有三軸橢球體所具有的對稱要素：三個互相垂直的對稱面（ab、bc、ac）和三個與其垂直的二次對稱軸（圖c）。

④單斜對稱：僅有一個對稱面(ac)和一個與其垂直的二次對稱軸（圖d）。

⑤三斜對稱：沒有對稱面，只有對稱心（圖e）。這種亞組構不能藉助對稱面或對稱軸來描述。如果岩組圖的形態與上述某一種對稱型相差約10度，則在這種對稱型之前冠以“似”字，如似球對稱、似斜方對稱等。

全組構的對稱性不能高於它的任何一個亞組構的對稱性。全組構的對稱型也有上述5種。

岩石組構學研究的最新技術

研究背景

岩石組構是構造地質學研究的一項重要基礎工作 。組構譯自德文Gefǜge，又稱為織構(多用於冶金學和材料學)，是指一種集合體內部的幾何形態和物理性質的數據在三維空間的分布規律。對於天然岩石，組構包含結構、構造和優選方位三個方面的內容，涉及礦物結晶程度、形狀、大小、相互關係和排布情況。研究岩石組構的學科稱為岩石組構學(簡稱岩組學)、構造岩石學或者顯微構造分析。岩組學的興起始於變質岩形變的研究，其基本概念是Becker GF在1893年提出來的。1930年Sander B在奧地利學派實踐工作基礎上發表專著《Gefǜgekundeder Gesteine》(岩石的組構學)，標誌著岩組學以一門獨立分支學科出現。

岩組學的主要任務是藉助光學顯微鏡、費氏台、X射線衍射儀、中子衍射儀、掃描電鏡和透射電鏡等技術手段，揭示構造岩的顯微組構特徵，藉以探討與岩石形成和變形相關的一些巨觀構造應變規律、應力狀態、運動方式和形成機制等構造信息。厘米到埃(angstrom)尺度的岩相學觀測是岩組學研究的主要內容之一，涉及岩石中礦物相的組成及其內部成分變化，礦物相的大小、形態和空間分布，礦物顆粒的結晶學方位及其內部變化，顆粒或者亞顆粒邊界的幾何形態及其結構，三聯點的幾何形態及其結構等。這些微觀尺度的測量數據也是地球科學研究的基礎和支撐。岩組學研究的另一個重要方面是描述岩石中礦物的優選方位特徵，並闡述其形成機制和構造環境。礦物有兩種優選取向：形態優選方位，描述具有各向異性顆粒形態的取向分布特徵；結晶學優選方位指的是礦物晶格的取向特徵。變形或者定向生長造成岩石中礦物的定向性排列，並引起物理性質的各向異性，例如地球中地震波分裂。對材料結構的解釋也依賴於對其內部礦物取向特徵的定量描述。

岩石組構研究的最新技術 —電子背散射衍射

電子背散射衍射(EBSD)系統通常安裝在掃描電鏡(SEM)上。該技術通過採集樣品在高能電子束轟擊下產生的電子背散射衍射圖像，並將之與資料庫中不同晶體的EBSP模擬結果進行匹配，從而反演出樣品中晶體的相分布特徵及其三維取向關係等顯微構造信息。測量數據的空間解析度優於1 μm，裝配在場發射掃描電鏡上的EBSD可為10 nm左右；角度解析度可達到 0.5°～1°。理論上，EBSD可以對所有對稱晶系的晶體進行顯微構造分析。EBSD技術的開發和研製拓展了掃描電鏡的套用範圍，使其不僅能對材料進行形貌觀察和成分分析，而且能夠對材料進行晶體結構、晶粒取向等晶體學特徵分析和未知礦物相的鑑定。

EBSD技術拓展了掃描電鏡的套用範圍，使其不僅能對材料進行形貌觀察和成分分析，而且能夠對材料進行晶體結構、晶粒取向等晶體學特徵的分析，實現諸如礦物相鑑定、變形機制研究、確定位錯滑移系、顯微構造定量化、變質過程研究、結晶學優選方位和約束化學微量取樣等。這些研究中可以得到量化的結晶學方位數據，從而
對顯微構造的解釋模型提供更加嚴格約束，對於構造學家、岩石學家和岩相學家的研究非常重要。

EBSD在超高壓榴輝岩組構分析中的套用

20世紀 80年代以來，柯石英和微粒金剛石等超高壓礦物在世界各地的造山帶中相繼被發現，證明榴輝岩等表殼岩石曾經俯衝到上地幔深度而後又折返回到地表。超高壓岩石的發現向傳統地球科學理論提出了重要挑戰，改變了人們對岩石變質深度和陸內碰撞深俯衝的認識。有關超高壓岩石形成和折返過程的動力學機制已成為地學界
所關注的科學難題之一，地質學家建立了多種理論模型 。但是，有關超高壓榴輝岩形成和變形的物理環境參數很難直接獲取，許多模型都涉及其特定流變學、變形機制和應變速率條件下的偏應力等資料的準確性，並且建立和檢驗這些模型還需要研究榴輝岩的變形條件(壓扁、收縮、剪下)以及榴輝岩相主礦物的變形機制和應力大小。因此，超高壓岩體俯衝折返模型的建立在很大程度上依賴於榴輝岩的流變學研究。流變學實驗可以在巨觀上定量確定岩石的流變強度和變形機制，但對變形機制的深入了解必須建立在顯微構造研究之上。結晶學優選方位的測量是顯微組構研究的重要方面，它可以提供變形機制的微觀信息，並確定岩石變形參數，是流變學實驗研究的重要補充。同時，榴輝岩顯微構造和組構分析提供了詳細的重建折返路徑的信息，可以提供UHP岩石折返的重要信息，特別是折返機制、折返運動學信息，是對超高壓變質岩體溫壓演化的重要補充。

但是，榴輝岩完整組構的測量還比較缺乏，其原因主要有以下幾個方面：(1)使用費氏台測量綠輝石顯微組構的工作量繁重、耗時，並且容易出錯。光學測量方法只能確定石英和金紅石的 c 軸，而立方對稱的石榴石則無法測量。 (2)傳統的X射線衍射組構測量儀，由於顆粒太大、多礦物衍射峰值疊加等原因不太實用。(3)中子衍射儀少，價格昂貴。電子背散射衍射(EBSD)技術的發展和套用為超高壓榴輝岩顯微組構的研究提供了強大的技術支持，國內外學者已經利用EBSD對實驗和天然的單斜輝石和石榴石進行了大量的顯微組構分析，並且獲得了許多的有用信息。

蘇魯超高壓變質帶岩石 圈的地震組構

蘇魯超高壓變質帶是以片麻岩為主體的區域變質帶，也是碰撞造山的山根出露帶，山根指的是由於三疊紀中朝與揚子克拉通相互碰撞形成的增厚的地殼底部。在中新生代，整箇中國東部都發生過強烈的岩漿活動與火山作用，它們都引起地殼上地慢中岩石組成與構造形態的變化，並在深反射地震剖面中留下痕跡。

超高壓變質岩片地震組構的標定

在東海縣南部地區的反射地震剖面總長約20km，這些剖面充滿了幾何形態和傾向各異的反射體。在變質基底中的眾多反射信號的產生，以往有多種推測，如主要由糜棱岩構成的韌性剪下帶、片麻岩線理、面理、隱伏的基性或超基性岩體等，從關於工區地質構造與岩石物性的討論中可知，工區榴輝岩及橄欖岩與圍岩片麻岩有較大的波阻抗差異，而且工區韌性剪下帶與裂隙破碎帶發育，它們都是反射發生的可能原因。

圖 l 蘇魯東海縣南部地區的構造與測線位置圖

地殼中大型韌性剪下帶以糜棱岩或其他構造岩、平行造山帶方向的剪下面理和礦物拉伸線理為特徵，在秦嶺-大別-蘇魯造山帶不同地層中都有廣泛的發育，在蘇魯東海縣超高壓變質帶內更是典型，圖1中各岩片之間的邊界基本上都是韌性剪下帶。一般認為，韌性剪下帶是垂直於造山帶方向的壓擠使物質沿造山帶方向位移的結果，它們多形成於中下地殼，在造山作用之後才抬升到上地殼。在韌性剪下作用中，脆性破裂與非彈性蠕變並存，剪下構造岩中還常常包含有尺度不等的未經變形的岩塊，它們一起構成了這一特殊的構造帶。

岩石圈的地震組構

根據深反射地震資料還可推測，蘇魯地區的岩石圈地幔具有多層結構。用24s的深反射地震記錄揭示了在大別蘇魯地區岩石圈地幔記憶體在5組水平的反射體，它們可隨深度增加分別命名為M1到M5。這些反射體不僅可在地震疊加剖面上看到，有時還可在野外單炮記錄上看到。反射體M₁對應Moho面，而 M₅與現今華北及蘇皖多數地區岩石圈底界對應，根據地熱資料蘇魯熱岩石圈厚度約為76km。其他 3 個反射體可能是中生代岩石圈減薄誘發的殼幔作用的結果。

在雙程走時12s處的反射體M2可能是古生代的Moho面。反射體M3在14s前後，它與殘留的古生代上地幔有關。M4在18s前後，對應深度為55-60km，在平明山火山口下方或新生代裂谷帶內，它反映了岩石圈底面，這裡不存在新生代新增厚的岩石圈地幔。蘇魯超高壓變質帶的中下地殼具有正常的波速與泊松比，岩石圈地幔具有分層結構，反映了中國東部中生代岩石圈減薄作用。